DE4032822C2 - Anordnung zum Feststellen der Winkelstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feststellen der Winkelstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Nockenkämme auf einer Nockenwelle können auf die gewünschte Kontur durch Schleifen oder Fräsen grob und fein bearbeitet werden. Grob- oder Feinbearbeiten solcher Nocken können mit Hilfe von Schleifbändern ausgeführt werden. Die Schleifbänder werden entlang variabler Bahnen entsprechend der gewünschten Nockenkonturen geführt. Insbesondere wird jedes Band durch einen Schuh geführt, der auf der Rückseite des Schleifbandes an einem Punkt eines Kontaktes mit dem Nockenumfang angreift. Jeder Schuh ist montiert an einem Ende einer Betätigungseinrichtung, die durch eine Krafteinheit bewegt wird. Die Krafteinheit ist CNC-gesteuert, um die Betätigungseinrichtung zurück und vorwärts zu bewegen. Die Folge davon ist, daß der Schuh veranlaßt wird, das Schleifband in Richtung auf die Nockenwellenachse zu bzw. von dieser weg zu bewegen. Um die Nocken genau schleifen zu können, ist es wünschenswert, kontinuierlich die Winkelstellung der Nockenwelle während ihrer Drehung zu verfolgen oder festzustellen, so daß diese Information als Eingangsgröße der CNC-gesteuerten Antriebseinheit zum Zwecke der genauen Arbeitsweise zugeführt werden kann.

In der Vergangenheit wurde das Überwachen der Winkelstellung des Werkstückes durch einen Mechanismus ausgeführt, der einen Stellungsaufnehmer aufweist, der so ausgebildet ist, daß er an einem Stellungsstift am Werkstück angreifen kann. Solche Stellungsstifte variieren in ihren Abmessungen, insb. Durchmesser von Nockenwelle zu Nockenwelle, und dementsprechend weist der Stellungsaufnehmer für gewöhnlich eine vergrößerte Bohrung oder Ausnehmung zur Aufnahme des Stiftes auf. Dies hat den Vorteil, daß es möglich wird, daß der Stellungsaufnehmer auch mit Stiften von unterschiedlichen Abmessungen, insb. Durchmesser, zusammenwirken kann. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß der Stellungsaufnehmer dabei der Drehung des Werkstückes nur ungenau folgen kann, was zu einer entsprechend ungenauen Rückführung für die CNC-Steuerung führt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der eine genauere Nachführung der Drehung des Werkstückes sichergestellt wird, und zwar unabhängig von Veränderungen in der Größe des Stellungsstiftes, so daß es entsprechend möglich wird, der CNC-Steuerung genaue Informationen über die Drehstellung des Werkstückes kontinuierlich zuführen zu können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf diese Weise wird einerseits erreicht, daß der gleiche Stellungsaufnehmer zur Aufnahme von Stellungsstiften variierenden Abmessungen geeignet ist. Auf der anderen Seite wird jedoch sichergestellt, daß dennoch der Stellungsaufnehmer den Stellungsstift unabhängig von dessen Abmessungen ohne Spiel und damit exakt aufnimmt und daher bei der Drehung des Werkstückes auch jederzeit eine exakte Angabe über die jeweilige Drehstellung des Werkstückes an die Steuerung weiterleiten kann. Die Anordnung ist außerordentlich einfach und wirkungsvoll und behindert das Wechseln der Werkstücke nicht, da sich die Anordnung selbsttätig an Stellungsstifte unterschiedlicher Abmessungen anpaßt. Dennoch wird der Stift in der Anordnung jeweils sicher und fest aufgenommen. Damit lassen sich Schleifvorgänge wesentlich genauer als bisher steuern und mit der Maschine die gewünschten Konturen mit größerer Genauigkeit herstellen.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausführungen der Lehre des Anspruchs 1.

Aus der DE 36 13 537 C2 ist dem Fachmann eine Einrichtung zum Einrichten und anschließenden Festsetzen beispielsweise einer Kurvenscheibe an die Hand gegeben, die einmalig vor Festlegen der Kurvenscheibe an der Welle deren relative Drehlage (Winkelstellung) erfaßt und zu justieren erlaubt. Die Justage erfolgt durch Eingriff eines Stiftes (dort 11, 27) in eine als Sackloch ausgebildete Markierung auf der Kurvenscheibe und anschließende justierende Verdrehung der Kurvenscheibe. Im konträren Gegensatz dazu ist bei der Erfindung der Stellungsstift an dem Werkstück und die Aufnahmeeinrichtung für den Stift an der Maschine angeordnet und - als Lagebestimmungsteile - kissen- bzw. federartig ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In diesen zeigt

Fig. 1 eine halbschematische Draufsicht auf eine Maschine mit der Anordnung gemäß einem Beispiel der Erfindung, wobei Teile zur besseren Übersicht weggebrochen dargestellt sind,

Fig. 2 im Ausschnitt einen Querschnitt entlang der Ebene 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 im Ausschnitt eine Seitenansicht eines Endes des Werkstückes, z. B. einer Nockenwelle, und eines zugehörigen Stellungsaufnehmers, der mit Mitteln zur Aufnahme eines Stellungsstiftes an dem Werkstück ausgebildet ist,

Fig. 4 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 eine Stirnansicht in Richtung der Ebene 5-5 der Fig. 3.

In den Zeichnungen ist eine Maschine zum Grob- oder Feinbearbeiten der Nockenelemente auf einer Nockenwelle W gezeigt. Obwohl diese Bearbeitungsfunktion entweder durch eine Schleifmaschine oder durch eine Fräsmaschine ausgeübt werden kann, ist in den Zeichnungen eine Schleifmaschine gezeigt. Diese ist mit 10 bezeichnet und weist eine das Werkstück haltende Einheit 12 auf. Diese umfaßt einen Tisch 13, der auf Führungen 14 einer unterstützenden Basis 15 verschiebbar montiert ist und entlang der Führungen durch einen umkehrbaren Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) in eine einjustierte Stellung bewegbar ist. Die Maschine weist außerdem eine Schleifeinheit 20 auf. Diese umfaßt einen Schlitten 21, der auf der Basis 15 zur Ausführung von Bewegungen unter einem rechten Winkel zu den Führungen 14 montiert ist und hierzu durch einen nicht dargestellten umkehrbaren Antriebsmechanismus bewegt wird.

Im allgemeinen weist die das Werkstück haltende Einheit 12 einen Spannbock 28 und einen Reitstock 30 auf, um das Werkstück W zu halten, das im dargestellten Beispiel eine langgestreckte Nockenwelle mit einer Mehrzahl von exzentrischen Nocken L ist, die mit Abstand entlang der Länge der Welle ausgebildet sind. Der Spannbock 28 weist ein Spannfutter 32 mit Spannbacken 34 auf, die geeignet sind, an dem vergrößerten zylindrischen Endabschnitt 36 der Nockenwelle W anzugreifen. Das Spannfutter wird über einen Motor angetrieben. Der Reitstock 30 weist eine Spitze auf, welche das entgegengesetzte Ende der Nockenwelle drehbar hält.

Die Schleifeinheit 20 weist eine Mehrzahl von Schleifbändern 38 auf, deren Zahl der Anzahl der Nocken auf der Nockenwelle entspricht. Die Bänder sind jeweils auf die Nocken ausgerichtet und werden durch einen nicht gezeigten entsprechenden Antrieb angetrieben. Die Schleifbänder sind geeignet, den Umfang der Nocken schleifend zu bearbeiten, wenn sie sich an der Nockenwelle vorbeibewegen. Die Schleifbänder werden an ihren Kontaktpunkten mit dem Nockenumfang entlang variabler Bahnen entsprechend der gewünschten Nockenkontur geführt. Die Führung erfolgt mit Hilfe eines Führungsmechanismus 40 für jeden einzelnen Nocken.

Jeder Führungsmechanismus umfaßt einen Schuh 42, der auf der Seite des Schleifbandes angreift, die von der Schleiffläche abgewandt ist, sowie eine langgestreckte Betätigungseinrichtung 44. Der Schuh jeder Führungseinrichtung ist an einem Ende der Betätigungseinrichtung montiert und weist eine konvex abgerundete stumpfe Nase zum Angreifen an dem Band auf. Ein Motor 46 bewegt die Betätigungseinrichtung 44 entlang deren Länge in entgegengesetzte Richtungen, und zwar mit Hilfe eines Kugelschraubenantriebes 47. Die Motoren 46 sind auf einem Rahmen 48 montiert. Jeder Motor wird unabhängig von den anderen durch eine nicht gezeigte CNC-Steuereinheit gesteuert. Wenn also die Nockenwelle rotiert, bewegen die Führungseinrichtungen 40 die Schleifbänder unabhängig voneinander, um die speziellen Umrisse der Nocken abzuschleifen, und zwar unter Steuerung der CNC-Steuereinheit.

Die Winkelstellung der Nockenwelle ist bedeutsam für die Arbeitsweise jedes Führungsmechanismus. Eine Information betreffend die Winkelstellung jedes Nockens wird der CNC-Steuereinheit für diesen Nocken durch einen elektronischen Winkelwertzuführungsmechanismus zugeführt, der eine elektronische Wertrückführungseinrichtung 51 und einen Aufnehmer 32 umfaßt.

Der Aufnehmer 52 ist geeignet, in einer Weise auf der Nockenwelle aufgebracht zu werden, wie dies weiter unten beschrieben wird, um die Winkelstellung der Nockenwelle zu bestimmen. Der Aufnehmer 52 ist in dem Spannbock 28 um seine zentrale Achse 53 drehbar montiert, welche mit der zentralen Drehachse 54 der Nockenwelle zusammenfällt, wenn diese in dem Futter 32 eingespannt ist. Insbesondere ist der Aufnehmer 52 frei drehbar in einem Lager 55 innerhalb des Futters gelagert. Damit kann sich das Stellungsaufnehmerglied 52 unabhängig von dem Futter drehen, so daß es die Winkelstellung der Nockenwelle genau erfassen kann, selbst dann, wenn das Futter an der Nockenwelle schlupfen sollte.

Der Aufnehmer 52 weist einen Schlitz 56 auf einer Seitenwand auf, welcher sich von einem Ende bis zum anderen Ende parallel zur Drehachse 53 erstreckt, gegenüber dieser jedoch seitlich versetzt ist. Der vergrößerte Stirnabschnitt 36 der Nockenwelle weist einen Stellungsstift 57 auf, der parallel zur Drehachse der Nockenwelle ausgerichtet ist, jedoch gegenüber dieser um den gleichen Abstand, wie der Schlitz 56 versetzt ist, so daß der Stellungsstift 57 geeignet ist, sich in den Schlitz zu erstrecken.

Der Schlitz 56 weist zwei beabstandete und einander zugewandte Flächen 60 und 62 auf, die parallel zu der zentralen Achse 53 des Stellungsaufnehmergliedes und parallel zueinander verlaufen. Die Fläche 60 weist einen erhabenen Flächenabschnitt 64 und die Fläche 62 einen erhabenen Flächenabschnitt 66 auf, welche Flächenabschnitte einen Abstand aufweisen, sich gegenüberliegen und parallel zueinander verlaufen. Diese erhabenen Flächenabschnitte 64 und 66 sind an demjenigen Ende des Aufnehmers 52 angeordnet, das von der Nockenwelle abgewandt ist.

Ein Anlagekissen 68 ist starr an der Fläche 60 des Schlitzes 56 an dem Ende des Stellungsaufnehmergliedes 52 befestigt, das der Nockenwelle am nächsten liegt. Eine langgestreckte Blattfeder 70 ist in dem Schlitz 56 angeordnet und erstreckt sich parallel zur zentralen Achse des Stellungsaufnehmergliedes. Ein Ende der Blattfeder 70 ist auf dem erhabenen Flächenabschnitt 66 mittels Bolzen 72 befestigt. Der andere Endabschnitt der Blattfeder endet an dem Ende des Stellungsaufnehmers, das der Nockenwelle zugewandt ist, und zwar im Abstand und gegenüberliegend zu dem Anlagekissen 68. Die Feder weist ein verdicktes Ende 74 auf, das sich in Richtung auf das Anlagekissen zu erstreckt. Der verdickte Endabschnitt 74 ist abgerundet, so daß der Stellungsstift 57 die Blattfeder 70 von dem Kissen 68 weg verdrängen kann, wenn er mit seinem Ende in den Schlitz eingeführt wird. Die Blattfeder bildet ein federnd nachgiebiges Mittel, das wirksam ist, um den Stellungsstift 57 gegen das Anlagekissen 68 mit einem federnd nachgiebigen Druck zu klemmen. Das Anlagekissen 68 und die Feder 70 bilden Lagebestimmungsteile, um fortgesetzt und genau der Rotationsbewegung der Nockenwelle zu folgen, und zwar unabhängig von Unterschieden in den Stiftabmessungen.

Eine Bohrung 78 ist in der Seitenwand des Aufnehmergliedes 52 vorgesehen, die einen größeren Durchmesser als der Kopf des Bolzens 72 aufweist, so daß der Bolzen eingesetzt und durch die Bohrung auch wieder entnommen werden kann.

Das Stellungsaufnehmerglied 52 ist mit der elektronischen Übertragungseinrichtung 51 für den Lagewert über eine Welle 82 verbunden. Die Winkellage der Nockenwelle W wird durch den Aufnehmer 52 auf die Übertragungseinrichtung 51 übertragen, welche diese Information an die CNC-Steuereinheiten weiterleitet, welche die Motoren 46 steuern.

Im Betrieb wird das Stellungsaufnehmerglied 52 in eine Stellung gedreht, so daß es den Stellungsstift 57 auf der Nockenwelle aufnehmen kann, wenn die Nockenwelle zwischen dem Spannfutter 28 und dem Reitstock 30 angeordnet und durch die Backen des Futters 32 erfaßt ist. Der Stellungsstift 57 greift von seinem Ende her in den Schlitz zwischen dem Anlagekissen 68 und der Blattfeder 70, wobei die Blattfeder von dem Kissen 68 weg verdrängt wird, wenn der Stift an der Spitze 74 der Feder angreift. Die Blattfeder biegt soweit aus, wie es zur Aufnahme des Stiftes 57 notwendig ist und klemmt anschließend den Stellungsstift sicher gegen das Anlagekissen 68, und zwar mit einer elastisch nachgiebigen Druckkraft. Der Abstand zwischen der Klemmspitze 74 der Blattfeder 70 und dem Anlagekissen 68 in dem natürlichen, nicht ausgebogenen Zustand der Blattfeder entspricht einem kleinsten Freiraum, der kleiner ist als jeder mögliche Durchmesser an irgendeinem der Stellungsstifte der Nockenwelle. Die Blattfeder wird somit stets in einem ausreichenden Ausmaße ausgelenkt, um den Stellungsstift 57 gegen das Anlagekissen sicher anzudrücken, und zwar unabhängig von dem Durchmesser des betreffenden Stellungsstiftes. Somit können die Anlagekissen 68 und die Blattfeder 70 den Stellungsstift sicher erfassen und liefern somit eine akkurate Anzeige der Winkelstellung der Nockenwelle, und zwar trotz variierender Stiftabmessungen. Der Aufnehmer 52 kann somit mit hoher Genauigkeit die Winkelstellung der Nockenwelle überwachen bzw. nachführen und die Informationen der Übertragungseinrichtung 51 zuleiten, welche diese den CNC-Steuereinheiten zuführt.

Wie oben schon festgestellt ist das Stellungsaufnehmerglied 52 in einem Lager 55 montiert, so daß es frei und unabhängig von dem Spannfutter drehbar ist. Das Stellungsaufnehmerglied, das über den Stift mit der Nockenwelle bewegungsmäßig verbunden ist, kann somit sehr genau die Winkelstellung der Nockenwelle anzeigen und wird keine fehlerhaften Signale übertragen, selbst wenn in dem Griff zwischen dem Spannfutter und der Nockenwelle ein Schlupf auftreten sollte.

Claims (4)

1. Anordnung zum Feststellen der Winkelstellung eines in einer Werkzeugmaschine um seine Achse rotierend angetriebenen Werkstückes (W), insbesondere Nockenwelle,

• - mit einem drehbaren Stellungsaufnehmer (51, 52), der in Eingriff mit einem Stellungsstift (57) bringbar ist, der an dem Werkstück parallel und exzentrisch zur Drehachse angeordnet ist;
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Stellungsaufnehmer (51, 52) Mittel zur Aufnahme des Stellungsstiftes (57) aufweist, die so ausgebildet sind, daß der Stellungsaufnehmer (51, 52) unabhängig von unterschiedlichen Abmessungen des Stellungsstiftes (57) ständig exakt den Drehbewegungen des Werkstückes (W) folgt;
• - die Mittel zum Aufnehmen des Stellungsstiftes (57) ein als Anlagekissen (68) ausgebildetes Lagebestimmungsteil und eine federnd nachgiebige Einrichtung (70, 74) aufweisen, die an dem Stellungsaufnehmer (51, 52) beabstandet einander gegenüberliegend angeordnet sind, um den Stellungsstift (57) zwischen sich aufzunehmen und mit federnd nachgiebigem Druck an dem Anlagekissen (68) zu halten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Stellungsstiftaufnehmermittel (52) einen Schlitz (56) aufweist, in dem zwei im Abstand sich gegenüberliegende Flächen (60, 62; 64, 66) ausgebildet sind;
• - das Anlagekissen (68) auf der einen (64) dieser Flächen angeordnet ist, während die federnd nachgiebige Einrichtung (70, 74) auf der gegenüberliegenden Fläche (62, 66) montiert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnd nachgiebige Einrichtung (70, 74) aus einer Blattfeder (70) besteht, deren eines Ende an dem Stellungsstiftaufnehmermittel (52), insbesondere an der einen Fläche (62, 66) des Schlitzes montiert ist, während sich das andere Ende (74) im wesentlichen parallel zur Drehachse drei auskragend und flexibel bis in eine dem Anlagekissen (68) gegenüberliegende Stellung erstreckt.

4. Anordnung nach einem derr vorstehenden Ansprüche, mit einem Spannfutter (32, 34) zum Aufnehmen des Werkstückes (W), dadurch gekennzeichnet, daß das Stellungsaufnehmerglied (52) in dem Spannfutter (32, 34) mittels eines Lagers (55) frei drehbar und unabhängig von dem Spannfutter derart gelagert ist, daß der Stellungsaufnehmer (51, 52) unabhängig von einem etwaigen Schlupf zwischen Werkstück (W) und Spannfutter (32, 34) ständig exakt die tatsächliche Winkelstellung des Werkstückes (W) wiedergibt.